美国页岩气成本被低估

“页岩气革命”——从以前无法开采的页岩储层中开采页岩气和页岩油——已经被作为能源博弈的改变者。它正在抵消传统石油和天然气产量的下降，其中页岩气被当作实现低碳未来的过渡性燃料，页岩油（也被称为致密油）则被认为能够使美国重新成为全球最大的石油生产国，并减少对石油进口的需求。

这些令人陶醉的主张已经在很大程度上被包括国际能源署（IEA）和美国能源信息署（EIA）在内的政府机构所接受。BP公司预测，到2030年，页岩气产量将达到2011年的3倍，致密油产量则将在2011年的基础上增长6倍。

这些主张经不起仔细的推敲。在一份由加利福尼亚圣罗萨的“后碳研究所”发布的报告《非传统燃料能开启一个能源充裕的新时代吗？》中，分析了美国的30个页岩气田和21个致密油田，揭示了页岩革命将难以维持的现实。该研究基于工业界和政府广泛采用数据库中的65000座页岩井的数据。它表明页岩井和页岩油/气田的生产能力都呈现出陡峭的下降趋势。许多页岩气田的生产成本已经超过了当前的天然气价格，需要进一步增加钻井和资本投入来维持产量。

虽然页岩气和致密油的开采将在较长的一段时间内维持在某一水平之上，但产量将很可能比工业界和政府的乐观预测要低。除非价格显著上涨，否则页岩气的供应将在未来十年内大幅下降。围绕页岩气和致密油，进行更为现实的讨论迫在眉睫——它需要在可持续性、成本，以及环境影响等方面进一步分析。

页岩气产量实为虚假繁荣

水平井钻探和大规模多级水力压裂这两项技术的突破，已经使得开采藏于不透水的岩石中的碳氢化合物成为可能。2004年，美国的水平天然气井比例不足10%，现在则是61%。

全球范围来看，虽然很多国家都建立了示范工程，但是大多数的页岩气产量仍来自于北美洲。在经历一段时期的快速增长之后，自2012年年初开始，产量已经维持在了一个较稳定的水平。页岩气产量已经从2000年占美国天然气总产量的2%，增长至2012年天然气总产量的近40%；同期的美国天然气总产量则增长了25%。这一供大于求的局面导致美国的天然气价格严重下跌。目前，价格已经有了些微微的回升，但是对于许多没有液态烃类产能的页岩气田而言，因天然气价格过低而导致它们缺乏盈利能力。

大规模页岩气生产最早开始于10年前的Barnett页岩区，并迅速蔓延至其他地区。五大页岩气田生产了美国80%的页岩气，按产量从高到低依次为：路易斯安娜州的Haynesville，德克萨斯州东部的Barnett，跨越西佛吉尼亚州、宾夕法尼亚州和纽约州的Marcellus，阿肯色州的Fayetteville，以及俄克拉荷马州的Woodford。

目前，出现了一种相继发生特定模式。某个页岩气田被发现后，一股租赁热潮随之而来。在美国，鉴于油气勘探和开发具有较高的风险和利润回报，各方为了权衡利益分配并降低风险和减少不确定性，长期以来形成了油气租赁制度。私人、联邦或州政府土地所有者，将油气资源的矿产权益授予给油气开发商，而开发商拥有资金和技术，在获得这种矿产权益后进行勘探、开发和生产。接着则是3～5年的天然气开采繁荣期，因为如果某一地点不再生产天然气，租赁转让将会被终止。页岩气富集区被称作甜点，被首先识别出来并进行钻探，接着确定其边缘区域。气田的平均品质（由初始产能决定）最初先上升，然后开始下降。

自2010年以来，美国五个最大页岩气田中有四个气田的平均产量一直在下降。在Haynesville，2012年的平均产量几乎比2010年少了三分之一。Marcellus是一个例外：在这块年轻的、巨大的页岩田上，依然在不断地被发现和进行开采，其供应量依然保持着增长。

一个气井的产量会在几年内迅速衰退。美国五大页岩气田中的气井，在头三年后的产量下降了80%～95%。用拟合的双曲线来表示产量递减趋势的行业惯例，并推断气井的寿命可以达到40年或者更多，有些过于乐观了。现有的历史产量数据至多只有几年，因此，还不足以证实气井能够有如此长的寿命。由于产量的下降速度大于这些模型的典型结论，这一方法经常高估气井的最终开采量和经济指标。美国地质调查局的可采量评估，有时甚至不足工业界所吹捧的可采量的一半。

为了维持供应量，必须钻探新的气井。在Haynesville气井，每年几乎需要新建800口气井——差不多是2012年在役气井数量的1/3——来维持2012年的产量水平。每口井的投资费用约为9亿美元，为保持产量基本持平钻井每年需要花费70亿美元，若加上租赁、基础设施和利息在内的总成本则更高。

从全美国来看，这相当于每年需要新建7200口气井，花费至少420亿美元，也仅能抵消产量的下降。为了维持产量以支撑较低的页岩气价格，钻探企业的投资无法完全从销售中得到回收。2012年，美国页岩气的产值只有330亿（虽然一些气井同时还生产数量可观的液态烃类，从而提升了经济性）。对于不生产液态烃类的页岩气田，即便只是为了保持收支相抵，也需要天然气价格的增长。

为了维持页岩气的产量，需要工业界投入大量的资金。随着时间的推移，最好的页岩田及其甜点被钻探完毕，维持供应的成本将上升。许多现有的页岩气生产并不经济，即便只是维持产量，都需要更高的天然气价格，更不用说提高产量了。

致密油产量难以持续增长

致密油的情况也十分相似。两个页岩油田生产了全美81%的致密油——德克萨斯州南部的Eagle Ford，以及北达科他州和蒙大拿州的Bakken。这两地区的新井产量均在一年后下跌了约60%，第二年的产量只维持在不到40%，第三年则不到30%并持续下跌。综合新旧气井的总产量，整个气田每年的下跌幅度大约是40%。

这些油田的最大产能取决于可以用于钻探油井的最大数量。油井之间无法相隔太近，因为这样将汲取同一片储油层中的储量，增加了成本却无法提高可采量。EIA估计Bakken和Eagle Ford油田可以承受的油井数，差不多是现有油井数量的三倍，或每个油田约12000个油井。

假设目前Bakken每年钻探1500口油井的速度得以维持，预计它的产量可以上升到100万桶/天。然而，基于EIA所估计的关于Bakken的最大可钻探地点的数量，产量将于2017年达到峰值。届时，可新增的用于钻探油井将耗尽，随之产量每年衰减40%。我不同意那些认为Bakken的产量将在很多年维持高水平的观点，这种情况所需要的油井数，比符合要求的数量多出数千口。

实现能源独立还需长远打算

政府和工业界必须认识到页岩气和页岩油并不便宜且总有一天会耗尽：美国70%的页岩气来自产量不再增长或下降中的页岩田。而致密油产量远期的持续性也存在疑问。

高产量的页岩田是稀少的，30块页岩气田中有6块占总产量的88%，21块致密油田中有2块占总产量的81%。许多生产出来的油或气来自于页岩田内相对面积很小的甜点内。而油/气井的整体品质会随着甜点中的井达到饱和而开始下降，这又进一步需要持续增长的油/气井数量来维持产量。

产量最终会受到可用钻井地点数量的限制，而且一旦达到这一限制，产量将以每年30%～50%的速度下降。对于Bakken和Eagle致密油田来说，预计这种情况将在5年内发生。

EIA的预测表明，到2040年，美国将开采完所有已知的页岩气储量、58%的未探明页岩气资源，以及78%的未探明致密油资源。基于开采此类烃类化合物的原理，这些预计显得过分乐观。EIA预计的天然气价格缺乏可信度，因为它对未来20年稳定增长的供应量的生产成本估算偏低。宣称美国能源独立并部署计划以出口页岩资源是不明智的。页岩革命的长期生命力必须在一个针对未来的、可持续的能源战略中加以考虑。

（作者J. David Hughes系美国加利福尼亚州圣罗萨“后碳研究所”地球科学家。转载自《自然》，第494卷，第7437期，2013年2月21日。）